基于拓展的Mathews稳定图法和数值模拟的采空区稳定性分析

某铅锌矿经多年开采遗留下一些未处理采空区,为进行后续开采,现需对采空区进行稳定性研究。通过拓展的Mathews稳定图法、FLAC3D数值模拟软件进行研究,并基于Mathews稳定图法分析暴露时间对采空区稳定性的影响。以矿山三个未处理采空区作为研究对象,利用RMR和Q′值进行岩体质量分级,根据获得的岩体力学参数,使用增加了稳定性等概率线的Mathews稳定图,计算出采空区顶板及上盘的稳定性及稳定概率;计算考虑暴露时间的采空区稳定性概率,进行比较;利用FLAC3D数值模拟软件对采空区进行稳定性数值模拟分析,并与Mathews合成图得出的结果进行对比。结果表明:综合Mathews稳定图法和FLAC3D数值模拟,6204采空区顶板评价结果为不稳定,其他采空面均为稳定;随着暴露时间的增加,采空区稳定性随之降低,且对岩性较差的采空区有较大影响;拓展的Mathews稳定图法与数值模拟可以相互验证,综合分析采空区的稳定性。

基于Reissner厚板理论与Mathews稳定图的空场采矿法采场结构优化研究

优化空场采矿法采场结构可有效减少矿石的贫化与损失,并且对防止大规模地压活动发生具有重要作用。以大新锰矿急倾斜中厚矿体开采工程为背景,基于Reissner厚板理论,构建了顶柱四边固支的采场顶柱厚板模型,计算了在不同厚度下顶柱的采场极限暴露长度。设计了两种采场结构初步优化方案:加大预留顶柱厚度(方案Ⅰ);增设一条间柱(方案Ⅱ)。采用Mathews稳定图法,结合现场矿岩体结构面调查数据,分析了采场顶柱、上盘围岩与下盘围岩的稳定性,对比了稳定水力半径与真实水力半径的大小,确定了采场结构的最优方案。研究表明:顶柱厚度与极限暴露长度的关系为a=6.4h-8.35;方案Ⅰ的矿石的损失率与贫化率均高于方案Ⅱ,采场结构最优方案为方案Ⅱ。研究成果可为空场法采场结构优化提供一套完整的力学分析方法与一种矿岩稳定性评价方法。

基于物质点强度折减法的二维均质c-φ边坡稳定性分析图表

安全系数是判断边坡稳定性最常用的指标。应用传统极限平衡法求解边坡安全系数时,没有考虑土体内部的应力-应变关系,不能准确、真实地描述边坡土体破坏时的应力场、位移场及塑性区的发展情况。而应用有限元法虽然可以解决上述问题,但在计算过程中,会因网格畸变导致计算不收敛,造成求解困难。为此,本文基于物质点强度折减法,建立了安全系数无量纲参数F/tanφ与土体无量纲参数λ之间的关系,并绘制了求解均质边坡安全系数的稳定性图表。该方法无需任何迭代过程即可快速、方便地确定边坡安全系数。以文献中常见的4个典型边坡算例为例,将本文计算结果与文献中其他边坡稳定性图表进行对比,验证本文方法的准确性。结果表明,用本文研制的边坡安全系数分析图表计算获得的边坡安全系数与其他方法获得的安全系数计算结果相接近,吻合较好,证明该方法是一种有效且保守的估计边坡安全系数的计算方法,为快速评估边坡安全系数提供了一种新的途径。

基于拓展的Mathews稳定图法的采场结构参数优化

合理的采矿结构参数是保障金属矿地下开采的前提。为了优化缓倾斜破碎金矿体的采场结构参数,以采场稳定概率大于95%为目标,引进拓展的Mathews稳定图法来优化采场最大跨度和暴露面尺寸,并采用考虑岩梁自重的弹性力学简支梁等理论进行验证。结果表明:当采场长度80 m时,回采进路跨度小于4.36 m时即可保证采场不会破坏;当采场长度80 m时,采场顶板跨度为4.3 m,采场上盘跨度为3.0 m,采场稳定概率能达到95%;优化后的上向进路充填法采场结构参数为3 m×3.5 m。现场工业试验表明:采场结构参数条件下回采过程中采场顶板及围岩未发生垮落及剥落现象,采场稳定性良好。因此,基于拓展的Mathews稳定图法适用于缓倾斜破碎矿体的采场结构参数优化。

基于修正Mathews稳定图法与FLAC^(3D)的阿舍勒铜矿深部回采方案优化研究

随着新疆阿舍勒铜矿采深逐渐增加,矿山深部岩体愈加破碎,采场稳定性难以得到保障。为了确保深部矿床安全、高效开采,需要在工程地质调查和岩石力学参数试验的基础上,对采场结构参数与回采顺序进行优化。使用修正Mathews稳定图法,对+150 m中段采场顶板和边帮开展稳定性分析,分析结果表明:当中段高度为50 m,采场长度为矿体厚度的情况下,只需控制采场宽度小于12 m即可保证采场顶板和上盘围岩总是处于无支护稳定区,满足采场安全生产要求。为了确定采场的合理回采顺序,使用FLAC^(3D)有限元模拟软件分别对4种不同回采顺序进行了模拟分析,对比了不同回采顺序下采场的应力、位移、塑性区,最终确定最优回采方案为从矿体南端向北端依次回采。研究结果可为阿舍勒铜矿回采设计提供依据,并能为国内同类矿山的回采设计提供参考。

基于Mathews稳定性图解法的某矿山空场采矿法优化

根据某矿山的工程地质条件,结合现有采矿方法,通过Mathews稳定性图解法,得出了稳定状态和崩落状态下的采场长度、极限宽度、暴露面积,从而进行采矿方法结构优化,初步确定了采场结构参数;采用Flac 3D软件对优化后的采矿方法进行数值模拟,对优化的采场结构参数进行了验证。现场工程应用表明:采用优化后的采矿方法,采矿损失率由24.72%降低至17.30%,矿石贫化率由16.91%降低至12.25%,生产能力由400 t/d提高至420 t/d,效果显著,可在同类型矿山中推广应用。

基于Mathews法与Midas/GTS的采空区稳定性分析

空场法回采矿产资源后形成的大量采空区群给托库孜巴依金矿的生产安全带来了严重威胁,因此有必要通过科学手段研判采空区的稳定性,为不同采空区的充填优先级提供理论依据。利用矿山数据和采空区扫描仪确定采空区的大小和形状。根据Mathews法计算出托库孜巴依金矿井下各个采空区稳定性指数N,得到采空区容许形状系数,通过对比实际形状系数与容许形状系数,确定采空区稳定性。结果表明,401、402下、403下、405、406、407、408、409、411、302-2、303等采空区实际形状系数大于容许形状系数,处于不稳定状态。通过Midas/GTS进行数值模拟研究,将采空区充填前后周围顶板及间柱的应力、位移及塑性区变化进行对比,结果表明,充填采空区可以明显改善采空区周围应力状态,减少围岩与覆岩的塑性区和竖向位移,尤其是使地表位移降为0。

白音诺尔铅锌矿下向中深孔分段空场采矿法稳定性分析

针对内蒙古白音诺尔铅锌矿采用下向中深孔分段空场采矿法存在的顶板暴露面积大、采空区高度高、回采过程中需在采空区上部作业的安全风险,采用采空区稳定性分析理论及数值模拟等方法,探究顶板安全厚度及采场稳定性。研究结果表明:当采场跨度为5~30 m时,采空区顶板安全厚度为4~15 m;根据Mathews稳定图及数值模拟分析结果,白音诺尔铅锌矿采场较为稳定,阶段高度50 m,分段高度13 m的采场结构参数及回采顺序较为合理。研究可为相似矿山安全生产提供一定参考。

红透山铜锌矿-877 m采场稳定性分析试验研究

通过矿岩力学强度测试和工程地质调查对红透山铜锌矿-877 m试验采场稳定性开展研究,重点分析矿岩质量评价结果和采场顶板水力半径计算结果。研究结果表明:RMR法和Q法对矿岩质量评价均为好;通过Mathews稳定图法计算得出矿石稳定区的临界水力半径为6.9 m;当单个采区顶板矿石跨度不超过15 m时,矿石水力半径小于6.9 m;当盘区顶板矿石跨度不超过14 m时,矿石水力半径小于6.9 m,此时采场处于稳定状态,不需支护。

基于Mathews稳定图的矿体可崩性研究

通过对金川III矿区的工程地质调查、矿岩力学性质试验,获得了表征矿山岩体工程质量的多种指标,在分析了这些指标后,选取了节理间距、RQD、地下水、结构面状态和岩石单轴抗压强度指标建立了III矿区的可崩性评价模型。根据可崩性模型统计出了Mathews稳定图法所需要的参数,即RMR值和岩石的单轴抗压强度。根据这些参数,应用Mathews稳定图法中稳定数的计算方法,计算出每个评价区域的稳定数,然后根据稳定数利用Mathews稳定图计算出每个评价区域的持续崩落水力半径,通过对计算结果的分析表明这些区域适合应用自然崩落法进行开采。

用Mathews稳定图法与数值分析法优化充填开采矿山采场结构参数

应用空场法嗣后充填的方式进行采矿是一种高效的采矿方法,已成为特大型地下矿山采矿技术发展的一大趋势。结合Mathews稳定图法和FLAC3D数值计算方法,利用Mathews稳定图法初步选定采场结构参数,而后利用数值方法在初选方案中进行比选获得最优采场结构参数。以张庄铁矿为例,对应用阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法开采厚大矿体进行研究,分析了不同结构参数以及不同暴露面积条件下采场的稳定性,从而得出合理的采场结构参数,为阶段凿岩阶段出矿阶段空场嗣后充填法在矿山的应用和推广提供一定的依据。

基于Mathews稳定图法的采空区稳定性评价

针对赤峰红岭铅锌矿多年开采遗留下的80个未处理的采空区问题,通过对该矿山工程地质调查、矿岩力学试验,获取了表征矿山岩体质量的多种指标.依据获取的矿岩力学指标,利用Mathews稳定图法计算出试验采空区的稳定数和水力半径,并通过重新绘制的Mathews稳定图和等概率图的合成图,评价出采空区的稳定性以及稳定概率.利用FLAC^(3D)对试验采空区进行数值模拟,结果与利用Mathews稳定图法评价的结果一致.对不稳定采空区进行了参数优化,并对不稳定采空区提出了支护措施.可通过该方法对红岭铅锌矿所有采空区进行评价,并可为类似矿山提供参考.

基于Mathew稳定图的采场顶板持续冒落临界阀值研究

采场顶板的稳定性关系到矿山安全生产及经济效益,同时也是选择采矿方法和地压控制方法的主要依据之一。通过采场顶板冒落规律的研究,针对香炉山钨矿目前采空区特点及范围,运用Mathews稳定图法确定采空区顶板持续冒落水力半径,并由此反算得出不同采场跨度下的顶板临界暴露面积阀值,为矿山安全开采提供了重要的基础资料和依据。

水位下降条件下黏性土边坡稳定性的图表法

库(河)岸边坡由于坡体迎水面水位下降经常造成坡体稳定性降低,建立快速评估水位变化条件下的边坡稳定性分析方法具有重要的工程实用价值。基于库(河)水位下降过程及坡体内非稳定渗流条件,通过对ABAQUS程序进行二次开发,发展了考虑地表水-地下水联动作用下的黏性土边坡强度折减有限元分析方法;在分析边坡土性参数、相对渗透比值、边界条件对边坡稳定性影响的基础上,建立了考虑土性参数、相对渗透比值、库水位下降比、坡角等一体化的相对稳定安全系数综合图表表示方法。该方法能够简便、快捷地查出实际涉水边坡在不同工况下的稳定安全系数及设计边坡坡比,可作为现有图表法的有益补充。

基于Mathews图解法的采场围岩稳定性分析

针对国内某铜矿急倾斜中厚矿体采场的结构参数、矿体产状和赋存条件,采用Mathews稳定性图解方法分析了该矿-445 m中段1'03采场顶板、矿柱侧帮和围岩的稳定性,为采场结构参数设计优化提供了可靠的依据。

缓倾斜层状矿体崩落步距的Mathews稳定图方法研究

本文采用Mathews稳定图方法对缓倾斜矿体的崩落步距以及暴露面积进行了研究,该方法与传统的弹性梁等方法更具有一定的普适性。

基于BP神经网络的Mathews图表法分区调整

为解决经过Mawdesley修正的Mathews图表法的分区划分限于回归分析,过于简化,在水力半径过小及过大2个区域没有给出明确的稳定性判断等问题,通过建立BP神经网络岩体稳定性预测模型,利用Mawdesley修正的图表法历史样本数据进行训练,在满足精度要求的约束下对Mathews图表中节点的稳定性状态进行预测,绘制稳定性等值线图,在此基础上进行分区的优化调整,对于低稳定性系数小水力半径和高稳定性系数大水力半径的2个区域,给出了稳定性确切的分区定义,调整后的分区在中间区域和原图基本重合,能很好的符合历史数据样本,证明了应用神经网络对Mathews图表法进行分区的合理性。在焦家金矿进行了工业试验,利用调整后的分区及临界跨度设计法进行结构参数优化,进路跨度提高到7.9 m,试验结果采场稳定性良好。

基于扩展的Mathews稳定图法的采场稳定性评价及参数优化

为了分析大尺寸采场的稳定性并优化采场参数,对森鑫矿业三道桥铅锌矿试验采场进行了现场地质调查、地质编录、室内岩石力学试验等工作,得到了评价矿山岩体质量的多种基础指标。对试验采场矿岩进行了岩体质量分级,并估算了其岩体力学参数。根据取得的结果,利用扩展的Mathews稳定图法对试验采场在当前尺寸下的稳定性进行了分析,试验采场上盘的破坏概率较大,需要进行采场结构参数的优化。基于扩展的Mathews稳定图法对试验采场参数进行优化,利用理论法和数值模拟对优化的结果进行验证。验证的结果与利用扩展的Mathews稳定图法得出的结果一致,最终确定了试验采场需保留顶柱的安全厚度为7 m。

基于Mathews稳定图法的采场暴露面积确定

采场暴露面积的确定直接影响采场结构参数的合理布置,采用阶段空场嗣后充填采矿法时,需要同时讨论采场顶板和充填体侧帮的暴露面积。采用Mathews稳定图法对采场的暴露面积进行了计算,并且与国内外相似的矿山进行比较,最终确定了采场的合理暴露面积,为确保矿山安全生产提供参考。

基于稳定性图表法和数值模拟的采场跨度优化研究

合理的采场结构参数是地下矿山安全生产、取得良好经济效益的关键问题之一。针对新疆萨热克铜矿所采用的分段空场嗣后充填采矿法,结合现有开拓、采准工程,利用工程岩体分级结果,采用Mathews稳定性图表法分析采场跨度,并结合数值模拟方法,对典型采场跨度尺寸进行数值计算,从位移和应力变化规律两个角度进行分析,得到了采场跨度的合理值为12m。